Оценка качества состояния воздушной среды города

Н. Ашитова, А.Сарбасов , А. Кушбаева

ЮКГУ им. М. Ауезова, г. Шымкент

В настоящее время известно немало различных подходов и показателей, применяемых для оценки загрязненности атмосферного воздуха. Для оценки степени загрязнения атмосферы, средние и максимальные концентрации веществ относят к величине средней (максимальной) концентрации вещества – токсиканта или к санитарно-гигиеническому нормативу, например, к предельно-допустимой концентрации (ПДК).

Нормированные характеристики загрязнения атмосферы иногда называют индексом загрязнения атмосферы (ИЗА), который является комплексной оценкой влияния вредных веществ на окружающую среду.

Такие характеристики не дают полного представления о характере загрязнения атмосферы городов, а также не учитывают суммарного загрязнения атмосферного воздуха, класса опасности вредных веществ, характера комбинированного действия вредных примесей, совместно присутствующих в воздухе.

Для оценки степени воздействия промышленных предприятий на атмосферу города используют категорию опасности предприятия (КОП), которая оценивает объем воздуха, необходимый для разбавления выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) над территорией предприятия до уровня ПДК. В свою очередь, качество атмосферы города можно оценить через категорию опасности города, физический смысл которой заключается в некотором условном объеме загрязненного воздуха от всех источников выбросов, который разбавлен до ПДК и приведен к одной токсичности [1].

Вредные вещества, попадая в атмосферу, рассеиваются или вымываются из нее осадками. При постоянном режиме выбросов вредных веществ, колебания уровней загрязнения атмосферного воздуха наблюдаются под влиянием условий переноса и рассеяния примесей в атмосфере. Поэтому снижение концентраций примесей на исследуемой территории в целом зависит от определенных сочетаний метеорологических факторов. Чем точнее установлено это сочетание, тем с большей надежностью будет осуществляться прогноз возможного накопления примесей в атмосфере.

Для характеристики диффузионного процесса, интенсивность которого определяет состояние системы с рассеиванием или накоплением примеси на территории, используем законы молекулярной и конвективной диффузии, которые позволяют оценить поток диффузии для i-ой примеси

, (1)

где – концентрация i-примеси, мг/м³;

– объемная скорость перемещения примеси, м³/с.

Полный поток вещества слагается из конвективного и диффузионного потоков. Причем диффузионный поток в атмосфере должен быть пропорционален градиенту концентрации и направлен в сторону убыли концентрации примеси в атмосфере. Если же примесь находится в движущемся потоке, то поток увлекает ее своим движением и создает конвективное перемещение вещества в пространстве. Данное уравнение (1) описывает процесс накопления (рассеивания) примеси в воздушной среде и могут быть получены точные решения лишь в простых геометрических условиях. Поэтому для решения следует знать граничные условия, которые задаются, как правило, концентрацией у источника выбросов и вдали от него.

Первым граничным условием следует считать, когда концентрация примеси вдали от источника выбросов стремится к нулю (С®0). Следовательно, в рассматриваемой системе возникает ограничение в перераспределении примеси, а уравнение (1) примет вид:

. (2)

Уравнение (2) показывает, что поток вещества лимитируется молекулярной диффузией.

Вторым граничным условием может быть условие, когда скорость генерирования примеси у источника и вдали от него будет оставаться одинаковой, а уравнение (2) примет вид:

, (3)

то есть полный поток примеси в этом случае лимитируется конвекцией.

Третьим граничным условием следует считать такое условие, при котором примесь выводится из атмосферы осадками и поэтому ее концентрация вдали от источника выбросов стремится к заданной концентрации. В системе «атмосфера-территория» возникает ограничение в перераспределении примеси, а уравнение примет вид:

, (4)

где – снижение концентрации примеси в атмосфере в процессе выпадения осадков.

Для привязки к принятым в промышленной экологии показателям, категорию опасности территории города можно записать в виде:

, (5)

которое для конвективной диффузии трансформируется в следующее выражение:

, (6)

а для молекулярной диффузии примет вид:

. (7)

Следовательно, категория опасности территории может быть использовано в качестве основного параметра, способного прогнозировать санитарно-гигиеническое состояние воздушной среды исследуемой территории на основе существующих данных об источниках загрязнения среды и метеоусловий в ней.

В настоящее время однозначно установлено, что перенос и распространение примеси в атмосферном воздухе зависит, в первую очередь, от скорости движения воздушных потоков (ветра), то есть от объема воздуха, в котором перераспределена примесь. При этом, распределение примеси внутри объема осуществляется по законам конвективной диффузии. При расчете интенсивности загрязнения атмосферы изучаемой территории основной проблемой становится оценка этого объема воздуха. В качестве модели приземного слоя атмосферы рассмотрен замкнутый объем с подвижными стенками, который должен изменяться и описываться уравнением

, (8)

где – постоянный объем приземного слоя атмосферы изучаемой

территории;

– прирост объема за счет диффузии.

Знак «+» ставится тогда, когда объем воздушной среды нарастает за счет восходящих или горизонтальных воздушных потоков, а «–», когда объем воздуха уменьшается в результате температурных инверсий.

Постоянный объем приземного слоя атмосферы исследуемой территории определяется площадью этой территории, и ее высотой, которая может быть рассчитана по формуле:

, (9)

где L и Е – длина и ширина территории;

Н – высота приземного слоя атмосферы.

Таким образом, анализ механизмов диффузии примеси в приземном слое исследуемой территории показывает:

– интенсивность загрязнения атмосферного воздуха должна определяться механизмом рассеивания примесей. Наиболее сильное ее загрязнение будет иметь место для случая, когда рассеивание примесей осуществляется по механизму молекулярной диффузии;

– высота приземного слоя зависит от температуры воздуха на разных высотах (температурные инверсии) и от скорости и характера воздушных потоков. Кроме того, она является функцией рельефа местности;

– зная господствующую розу ветров, можно вносить поправки в пространственное размещение источников загрязнения атмосферы на данной территории.

Литература

1. Арутюнов О.С. Организация контроля за технологическими выбросами, загрязняющими атмосферу.– М.: Транспорт, 1978.– С.3-11.